交换机工作原理

3、地址学习
交换机中的地址映射表是怎样建立和维护的呢？一是交换机如何知道哪台 计算机连接到哪个端口；二是当计算机在交换机的端口之间移动时，交换机如 何维护地址映射表。
以太网交换机的地址学习是通过读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端 口进行的。当得到MAC地址与端口的对应关系后，交换机将检查地址映射表中是 否已经存在该对应关系。如果不存在，交换机就将该对应关系添加到地址映射 表；如果已经存在，交换机将更新该表项。因此，在以太网交换机中，地址是 动态学习的。只要这个节点发送信息，交换机就能捕获到它的MAC地址与其所在 端口的对应关系。
举例
当节点A需要向节点D发送信息时，节点A首先将目的MAC地址指向 节点D的帧发往交换机端口 l。交换机接收该帧，并在检测到其目的 MAC地址后，在交换机的“端口／MAC地址映射表”中查找节点D所 连接的端口号。一旦查到节点D所连接的端口号5，交换机将在端口1 与端口5之间建立连接，将信息转发到端口5。
提示：在计算机上发出PING命令交换机就能捕获到它。
4、转发/过滤
交换机建立起端口／MAC地址映射表之后，它就可以对通过的信息进行 过滤了。以太网交换机在地址学习的同时还检查每个帧，并基于帧中的目的 地址做出是否转发或转发到何处的决定。
假设站点A需要向站点F发送数据，因为站点A通过集线器连接到交换机的端 口1，所以，交换机从端口1读入数据，并通过地址映射表决定将该数据转发 到哪个端口。在图所示的地址映射表中，站点F与端口4相连。于是，交换机 将信息转发到端口4，不再向端口1、端口2和端口3转发。
交换机允许多组端口同时交换帧，相当于多个网桥同时工作，可以实 现帧转发的并行操作。
例：网桥和交换机的端口速率都是 10 MbpS，网桥有两个端口，网桥 的容量仅 10 MbpS，交换机有n个端口，可以同时有n/2对端口同时转发帧 ，交换机的容量可以到达 5n MbPs。
交换机的工作原理及内部构造
2、端口／MAC地址映射表
与此同时，节点E需要向节点B发送信息。于是，交换机的端口6与 端口4也建立一条连接，并将端口6接收到的信息转发至端口4。
这样，交换机在端口1至端口5和端口6至端口4之间建立了两条并 发的连接。节点A和节点E可以同时发送信息，节点D和接入交换机端 口4的以太网可以同时接收信息。根据需要，交换机的各端口之间可以 建立多条并发连接。交换机利用这些并发连接，对通过交换机的数据 信息进行转发和交换。
动态方式是基于网桥的工作原理，形成两个端口间交换帧的通道，通道 的形成是基于MAC地址的操作，根据帧的目的地址去查找交换机中自动生成的 端口/MAC地址表，判定把这个帧从哪个端口转发出去，在这个连接上传送一 个帧，然后自动断开这个通道，连接过程与帧的转发是同时进行的，每转发一 个帧，建立一个连接。
动态交换方式又分为：存储转发（Store Forward）、直通和帧碎片丢弃 。
002d0.f838.0003
交换机
2、交换机根据数据包中分装的目的 主机的MAC地址信息查找MAC地 址表，同时根据源主机MAC地址 信息更新自己的MAC地址表 2.1如果表中存在该目的主机的MAC 地址，则从其对应的端口将数据 包发送出去。
2.2如果表中不存在该目的主机的
1 2.1 2.2 2.2
第4章 数据链路层设备
第8讲 交换机概述
二、交换机结构
1、交换机的结构
交换机的内部结构 交换机是一个多端口的网桥，每个端口都有桥接功能，它能够在任意一
对端口间转发帧。其内部是依靠专用集成电路（Application Specific IC ，ASIC）连接起来的，ASIC 可以把任意端口的网段与别的端口的网段在数 据链路层上相联。
假设站点A需要向站点C发送数据，交换机同样在端口1接收该数据。通过 搜索地址映射表，交换机发现站点C与端口1相连，与发送的源站点处于同一 端口。遇到这种情况，交换机不再转发，简单地将数据抛弃，数据信息被限
制在本地流动。
所以，以太网交换机隔离了本地信息，从而避免了网络上不必要的数据 流动，达到了交换机通信过滤的目的。
5工作过程示例
PC1发送的数据包封装了源主机 和目的主机的MAC地址信息
数据包PC1PC2
1、PC1发送的数据包信息到达交换机
Baidu Nhomakorabea端端口口
端1口 1 21 23 3
MAMCA地C地址址
00dM0.Af8C3地8.0址001 00000dd000d.f.08f8.3f38883.0.800.000002101 000d00d.0f8.f3883.80.0000302
交换机内部有一个“端口／MAC地址映射表” ，表中存放着每 个端口所连接的计算机网卡的MAC地址。当交换机从某个端口接收 到一个MAC帧时，从MAC帧中读取目的MAC地址，并在交换机内 的“端口／MAC地址映射表”中进行检索。当检索到一个匹配的表 项时，就将这个MAC帧发送到所匹配表项指定的端口中。这一点与 集线器不同，集线器会将收到的数据发向集线器的所有端口。所以 ，连接到交换机上的计算机，不会因为某两台计算机传送数据而影 响其他计算机之间的通信，多个端口上连接的计算机可以同时交换 信息
当PC2发送的响应数据包到达交换机时，交换机在转发数据包的同时，根
据源主机MAC地址更新MAC地址表。——在2.2的情况下，即在MAC地址
表中添加一条PC2的MAC地址信息——MAC地址自动学习
6、交换机的帧转发方式
以太网交换机的交换方式分为静态方式和动态方式：
静态方式的特点是端口间的通道由人工事先配置，两个端口间的连接类 似于硬件连接，端口按固定的连接方式交换帧。
PC1
PC2
PC3
MAC地址，则将该数据包通过 广播方式发送到所有端口。
3、目的主机PC2接收到数据包后，回 复响应数据包给PC1，该过程与
00d0.f838.0001 00d0.f838.0002 00d0.f838.0003 接交换机1号口 接交换机2号口 接交换机3号口
PC1发送数据包给PC2类似，但此 时，PC2是源主机，PC1是目的主 机。
（1）、存储转发的工作原理是交换机从某个端口进入缓冲区的帧中提取 目的地址，查找端口/MAC地址表，获得输出端口号，把帧从输出端口转发 出去。交换机要存储、检测、丢弃坏帧、查表、转发帧，在交换机的延迟 时间比较长，但可靠性比较高。